《基於動態工作點新機理的線狀泵浦板條基模雷射器研究》是依託清華大學，由付星擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於動態工作點新機理的線狀泵浦板條基模雷射器研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：付星
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高光束質量高穩定性的二極體泵浦板條雷射器廣泛套用於工業、醫學、軍事等領域。板條雷射器採用透鏡耦合的線狀光斑泵浦，與光纖耦合相比具有成本低、結構簡單、性能穩定的顯著優勢。然而現有的線狀泵浦基模雷射器普遍存在較嚴重的像散，表現為光腰尺寸、光腰位置和光束質量數值在水平和豎直兩方向非對稱；同時穩腔雷射器按傳統設計理論將工作點選取在穩定區，致使熱穩區較窄而且諧振腔體積龐大。如何在短腔匹配線狀泵浦光斑並實現高對稱性的穩定基模輸出是設計難點。本項目將突破傳統熱穩腔理論的認識，首次預測並驗證線狀泵浦板條雷射器可以在臨界區（熱穩區的邊沿）穩定工作。本項目將針對該型雷射器的特殊熱效應提出確定動態工作點的新機理，以此為指導實現短腔對線狀泵浦光斑的高效匹配，並發展橫模控制技術，全面矯正基模像散，實現光束的光腰尺寸、光腰位置和光束質量數值的對稱化。最後開展非線性頻率變換，獲得腔內倍頻的無像散基模輸出。
結題摘要
本項目針對線狀端面泵浦的板條雷射振盪器開展研究，此類雷射器的套用受到諧振腔體積大、熱穩區窄、輸出光斑像散嚴重等因素的制約。本項目通過採用準共心腔型、選取位於熱穩區邊沿的動態工作點，以短腔大模式體積高度匹配線狀泵浦光斑，同時實現了具有高度圓對稱性的穩定基模輸出。本項目完成的主要研究工作包括：1、建立了線狀端泵準共心腔板條雷射器的熱力學模型。熱分析表明該腔型中晶體表現出的熱透鏡效應與腔內基模尺寸有關，高階熱效應造成的等效透鏡效應是慢軸方向熱透鏡的重要組成部分；2、由於常規的動態工作點確定方法不適用於該型雷射器特殊的熱效應，因而提出了新機理研究橫模控制機制。理論研究表明該型雷射器的慢軸方向工作點選取在熱穩區邊沿時，可穩定工作並獲得大基模體積；3、將高階熱效應視為對波振面的相位調製，提出了熱致模式耦合的概念，並構建了基於多橫模競爭和熱致模式耦合的速率方程模型，精確描述慢軸方向不同基模尺寸下的輸出特性；4、開展線狀端泵準共心直腔振盪器的實驗研究，對於線狀泵浦光斑長度為2.57～9.44mm的情況下均獲得基模輸出，同時輸出基模寬度對泵浦功率變化不敏感，實驗表明熱穩區邊沿可穩定工作，驗證了動態工作點新機理對橫模控制的有效性；5、雷射器在90W泵浦功率下獲得基模連續輸出24.5W，光光效率為27%，諧振腔長度為8.8cm，進一步基於橫模控制技術實現了基模光束的光束質量數值、光腰尺寸和光腰位置三個參數在水平和豎直兩個方向的對稱化；6、振盪器實現了脈衝重頻30kHz、脈衝寬度10ns、平均功率22.6W的基頻脈衝輸出，並獲得了腔內二倍頻和三倍頻的基模輸出。二倍頻的最高輸出功率為14.2W，二倍頻轉換效率為62.8%；三倍頻的最高輸出功率為7.5W，三倍頻轉換效率為33.1%。以上研究結果表明，本項目針對線狀泵浦雷射器給出了確定動態工作點的新機理，首次預測並驗證線狀泵浦板條雷射器可選擇臨界區工作點獲得穩定運轉；同時本項目發展了線狀泵浦板條雷射器的橫模控制技術，實現了基模光束的光腰尺寸、光腰位置和M2 因子三項參數的對稱化。以上動態工作點的新機理和矯正像散的方法對於該型雷射器的設計具有較大的指導意義，也可以推廣用於其他類型的板條雷射器中。
